(57)【要約】【課題】  半導体レーザ素子を用いた光信号伝送システムにおいて、１２５℃近辺の高温環境下においても安定した動作を実現すること。【解決手段】  導電型半導体基板１ａの上に、少なくとも活性層３ａと、第１導電型クラッド層２ａと、共振器の軸方向に沿ってストライプ状リッジ形状をした第２導電型クラッド層６ａと、該第２導電型クラッド層６ａの領域上方を除いた領域に形成される誘電体絶縁膜２０ａと、導電型電極２１ａとがこの順に積層されてなるＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子２４ａにおいて、半導体レーザ素子２４ａのミラー損失αｍ［ｃｍ−１］及び発振波長λ［ｎｍ］が、    αｍ＜０．３２×λ−２０５を満足すること。【選択図】  図２
2006269527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電型半導体基板の上に、少なくとも、第１導電型クラッド層と、活性層と、共振器の軸方向に沿ってストライプ状リッジ形状をした第２導電型クラッド層と、該第２導電型クラッド層の領域上方を除いた領域に形成される誘電体絶縁膜と、導電型電極とがこの順に積層されてなるＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子において、
前記半導体レーザ素子のミラー損失αｍ［ｃｍ−１］及び発振波長λ［ｎｍ］が、
αｍ＜０．３２×λ−２０５
を満足することを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記活性層が量子井戸活性層であり、該量子井戸活性層の層数が５層以上８層以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
一端から入射された光信号を他端から出射する屈折率分布型の光ファイバケーブルと、
該光ファイバケーブルの一端側に配置され、前記光ファイバケーブルの伝送損失が小となる波長に略一致した波長を有する光信号を出射する半導体レーザ素子と、
前記光ファイバケーブルの他端側に配置され、前記光ファイバケーブルから出射された光信号を受光する受光素子とを備え、
前記光ファイバケーブルのコア口径が２００［μｍ］〜１０００［μｍ］であり、
前記半導体レーザ素子が請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子であることを特徴とする光信号伝送システム。
【請求項４】
前記光ファイバケーブルが、屈折率分布型のプラスチック光ファイバケーブルであることを特徴とする請求項３に記載の光信号伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温環境下でも安定した動作を行う半導体レーザ素子を用いた光信号伝送システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の情報系、制御系、ボディ系等の電気系統の電子化が急速に展開されている。自動車の情報系とはカーナビゲーションを中心としたマルチメディアに関するもの、制御系とは運転制御に関するもの、ボディ系とはドア周辺やスイッチ類を束ねるネットワークに関するものである。このうち、情報系と制御系の高速化が著しく、例えば、高速信号処理を必要とする電子制御ユニットをエンジン室に搭載する必要が生じてきた。例えば、ＡＢＳ（Anti-lock Brake System）や電子燃料噴射制御システムに関係する電子制御ユニットはエンジン室に搭載されており、これらは１Ｍｂｐｓ以上の高速信号処理を必要とする。
【０００３】
一般的に、信号の伝送速度を速くすると、ノイズの影響を受けやすくなる。しかしエンジン室はスパークノイズが特に強く発生するため、電気配線を用いた従来の電子制御ユニットをエンジン室に搭載すると、動作に不具合が発生してしまう。つまり、エンジン室のように電気的ノイズを多く発生する部品の近くで電気系の電子制御ユニットを正常に動作させることは困難であった。
【０００４】
そこで、近年、エンジン室に搭載される電子制御ユニットに電気的ノイズの影響を受けない光信号伝送システムを採用するために、光信号伝送システムの高性能化に向けた研究開発がさかんに行われている。例えば、特許文献１には青色光源を用いた光通信装置に関する発明が開示されている。
【特許文献１】特開平８−１１６３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光信号伝送システムを自動車のエンジン室に搭載するためには、１００℃〜１２５℃近辺の高温環境におかれても誤作動をおこさず、動作性能を低下させることのない高い信頼性を備えた光信号伝送システムを構築することが必要となる。ところが、光信号伝送システムの光源として有望視されている赤色半導体レーザ素子は１２５℃近辺の高温環境下では発光効率が低下するため、高い信頼性を得ることが困難であった。
【０００６】
また、上記特許文献１には高温環境下でも安定した動作を行う青色光源を用いた光通信装置が開示されているが、青色光源はまだ開発途上であり、実用化が困難であった。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、１２５℃近辺の高温環境下においても安定した動作を行う半導体レーザ素子を用いた光信号伝送システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明の半導体レーザ素子は、導電型半導体基板の上に、少なくとも、第１導電型クラッド層と、活性層と、共振器の軸方向に沿ってストライプ状リッジ形状をした第２導電型クラッド層と、該第２導電型クラッド層の領域上方を除いた領域に形成される誘電体絶縁膜と、導電型電極とがこの順に積層されてなるＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ素子において、前記半導体レーザ素子のミラー損失αｍ［ｃｍ−１］及び発振波長λ［ｎｍ］が「αｍ＜０．３２×λ−２０５」を満足することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明のように、請求項１に記載の半導体レーザ素子であって、前記活性層が量子井戸活性層であり、該量子井戸活性層の層数が５層以上８層以下であることとしてもよい。
【００１０】
請求項３に記載の発明の光信号伝送システムは、一端から入射された光信号を他端から出射する屈折率分布型の光ファイバケーブルと、該光ファイバケーブルの一端側に配置され、前記光ファイバケーブルの伝送損失が小となる波長に略一致した波長を有する光信号を出射する半導体レーザ素子と、前記光ファイバケーブルの他端側に配置され、前記光ファイバケーブルから出射された光信号を受光する受光素子とを備え、前記光ファイバケーブルのコア口径が２００［μｍ］〜１０００［μｍ］であり、前記半導体レーザ素子が請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子であることを特徴とする。
【００１１】
ここで「光ファイバケーブルの伝送損失が小となる波長」とは、光ファイバケーブルの伝送損失が５００［ｄＢ／ｋｍ］以下となる波長をいい、好ましくは３００［ｄＢ／ｋｍ］以下、より好ましくは２００［ｄｍ／ｋｍ］以下とする。
【００１２】
光ファイバケーブルのコア口径は、２００〜１０００［μｍ］としたが、好ましくは２５０〜９００［μｍ］、更に好ましくは３００〜８００［μｍ］とする。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の光信号伝送システムであって、前記光ファイバケーブルが、屈折率分布型のプラスチック光ファイバケーブルであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
半導体レーザ素子のミラー損失αｍ［ｃｍ−１］及び発振波長λ［ｎｍ］を「αｍ＜０．３２×λ−２０５」を満足するように設定し、該半導体レーザ素子を用いて光信号伝送システムを構築することにより、１２５℃近辺の高温環境下においても安定な動作を行う光信号伝送システムを実現できる。これにより光信号伝送システム１２５℃近辺の高温環境下における動作信頼性を向上させることができ、例えば車載用装置等の高温環境下において高い信頼性を必要な場所に適用することができる。更に、光ファイバケーブルとして安価なプラスチックファイバを用いるため、光信号伝送システムのコストを抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は光信号伝送システム１０の概略構成図である。光信号伝送システム１０は半導体レーザ素子２４及びボールレンズ３０等を有する送信部１２、受光素子３８及び非球面レンズ４０等を有する受信部１４、送信部１２と受信部１４とを連結する光ファイバケーブル１６を備えている。まず、光ファイバケーブル１６について詳しく説明する。
【００１６】
（１） 光ファイバケーブル
光ファイバケーブル１６として屈折率分布を有するプラスチックファイバ（ＧＩ−ＰＯＦ）を用いる。光ファイバケーブル１６としてプラスチックファイバを用いることにより、ガラスファイバを用いた場合と比較して振動や曲げに強く、端面加工適性や室内配線安全性の面で優れている。更に、敷設が容易であるため、敷設に要するコストを抑えることができる。
【００１７】
光ファイバケーブルのコア口径の太さは性能とコストに影響する。太くすると光源である半導体レーザ素子から出射される光を効率良くファイバに導入することができ、半導体レーザ素子の光出力を低く抑えることができる。しかし、使用材料が多くなるため、ファイバのコストは高くなる。そのため、性能とコストを考えるとトレードオフの関係となる。
【００１８】
半導体レーザ素子と光ファイバケーブルの結合効率はコア口径を３００［μｍ］以上とするとほぼ１００％となるが、２５０［μｍ］で約９０％、２００［μｍ］で約８０％となる。これよりコア口径を細くするとレンズを用いる必要性が生じ、コストアップとなる。
【００１９】
光ファイバケーブルのコストに関しては、コア口径が太くなるにつれて二乗で増えていく。１０００［μｍ］と比較して８００［μｍ］の場合は材料費が約６割と、細くなるに従い安くすることができる。但し、光ファイバケーブルのコストはコア材とクラッド材、被覆材のコストも加わるため、８００［μｍ］以下ではコア材の値段よりもクラッド材、被覆材のコストがかさむ。そのため、８００［μｍ］よりコア口径を細くしてもコスト削減の効果は小さい。
【００２０】
光ファイバケーブル１６のコア口径は、２００〜１０００［μｍ］としたが、以上の理由を鑑みて、好ましくは２５０〜９００［μｍ］、更に好ましくは３００〜８００［μｍ］とする。光ファイバケーブル１６のコア口径を２００［μｍ］〜１０００［μｍ］と設定することによって、半導体レーザ素子２４の発光点を光ファイバケーブル１６の入射端５０の外周より内側に配設することができ、光ファイバケーブル１６と半導体レーザ素子２４の結合の際の軸ズレを防ぎ、結合損失の悪化を抑制することができる。また、光ファイバケーブル１６の入射端５０と半導体レーザ素子２４、光ファイバケーブルの出射端５２と受光素子３８との位置合わせが容易となる。
【００２１】
光ファイバケーブル１６の第１の製造方法について説明する。まず、クラッド部用重合性組成物を重合してクラッド部となる円筒管を作成する。次に、上記円筒管の中空部でコア部形成用重合性組成物を界面ゲル重合させることにより、コア部となる領域を形成し、コア部及びクラッド部に各々対応する領域からなるプリフォームを作成する。そして、作成されたプリフォームを所望の形態に加工し、光ファイバケーブル１６を作製する。この第１の製造方法は、例えば国際公開ＷＯ９３／０８４８８号に記載されている。
【００２２】
光ファイバケーブル１６の第２の製造方法は、まず例えばポリフッ化ビニリデン樹脂のような含フッ素樹脂からなる円筒管の中空部にアウターコア用重合性組成物を回転重合法により重合して円筒管の内壁面にアウターコア層を形成し、２層からなる円筒管を作成する。次に、円筒管の更に中空部でインナーコア部形成用重合性組成物を界面ゲル重合させてインナーコア部となる領域を形成し、クラッド部、アウターコア部及びインナーコア部に各々対応する領域からなるプリフォームを作製する。そして得られたプリフォームを所望の形態に加工し、光ファイバケーブル１６を作製する。この第２の製造方法は、例えば特開平１０−２９３２１５号公報に記載されている。また、２層からなる同心円筒状パイプを作成する際に、上記のように段階的ではなく、フッ素樹脂とアウターコア用重合性組成物の重合体を溶解共押し出しにより一段階で作製することもできる。
【００２３】
上記第２の製造方法のように、クラッド部とコア部との間にアウターコア部を形成することによって、クラッド部とコア部との材質の違いによる接着性の低下及び生産性の低下等を軽減させることができる。尚、光ファイバケーブル１６の製造方法は、上記第１及び第２の製造方法に限定されるわけではない。
【００２４】
クラッド部或いはアウターコア部形成用重合性組成物は、重合性モノマーとして好ましくは重水素化ポリメタクリル酸エステル、重合性モノマーの重合を開始させる重合開始剤の他に、連鎖移動剤等を含有してもよい。
【００２５】
また、コア部或いはインナーコア部形成用重合性組成物は、重合性モノマーとして好ましくは重水素化ポリメタクリル酸エステル、重合性モノマーの重合を開始させる重合開始剤、連鎖移動剤、及び所望により重合性モノマーの屈折率と異なる屈性率を有する化合物（屈折率調整成分：ドーパント）を含有してもよい。
【００２６】
更に、クラッド部は疎水性が高く、且つコア部との屈折率差を大きくすることができる含フッ素樹脂を用いることが好ましく、具体的にはポリフッ化ビニリデン樹脂等が好ましい。
【００２７】
クラッド部に相当する円筒形状の管は、例えば、市販されているフッ素樹脂を溶解押し出しにより所望の径と厚みのパイプに成形することで作製することができる。更に、得られたパイプの中空部でアウターコア用重合性組成物を回転重合させ、その内壁にアウターコア層を形成することができる。その他、フッ素樹脂と重合性組成物からなる重合体を共押し出しすることによって、同様の構造体を作製することもできる。
【００２８】
重合性組成物を用いて光ファイバケーブル１６を作製する際に、屈折率調整成分を用い、その濃度に傾斜を持たせることによって、屈折率分布型の光ファイバケーブル１６を作製することができる。屈折率調整成分の濃度に傾斜を持たせる方法としては、国際公開ＷＯ９３／０８４８８号、国際公開ＷＯ０３／０１９２５２号、特開２００３−７５６５６号公報、特開２００３−１４９４６３号公報等に記載されている界面ゲル重合を利用する方法等がある。
【００２９】
クラッド部、アウターコア部及びコア部形成用重合性組成物は、国際公開ＷＯ９３／０８４８８号、国際公開ＷＯ０３／０１９２５２号、特開平１０−２９３２１５号公報、特開２００３−７５６５６号公報、特開２００３−１４９４６３号公報等に記載されているように、重合開始剤、連鎖移動剤を含んで構成させることができる。コア部形成用重合性組成物については、更に屈折率調整成分等を含んで構成させることができる。
【００３０】
また、上記第１の製造方法及び第２の製造方法の各工程については、国際公開ＷＯ９３／０８４８８号、国際公開ＷＯ０３／０１９２５２号、特開２００３−７５６５６号公報、特開２００３−１４９４６３号公報等に記載されている技術を用いることができる。
【００３１】
（２）送信部
送信部１２は、半導体レーザ素子２４、電気信号入力部（不図示）、半導体レーザ素子２４を駆動する駆動回路（不図示）等を備えている。
【００３２】
まず第１の実施の形態の半導体レーザ素子２４ａについて説明する。半導体レーザ素子２４ａは、中心波長が６６０［ｎｍ］、約５［ｍＷ］の赤色レーザ光を出射するものである。図２は半導体レーザ素子２４ａの斜視図であり、図３は半導体レーザ素子２４ａの断面図である。図２及び図３に示すように、半導体レーザ素子２４ａは、ｎ型ＧａＡｓ基板１ａ（導電型半導体基板）と、その上に順次積層されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層２ａ（第１導電型クラッド層）と、ｉ−ＩｎＧａＰ量子井戸層及びｉ−ＡｌＧａＩｎＰ障壁層からなる多層量子井戸活性層３ａと、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部第１クラッド層４ａと、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層５ａと、共振器の軸方向に沿ってストライプ状リッジ形状をしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部第２クラッド層６ａ（第２導電型クラッド層）と、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部第２クラッド層６ａの上方に形成されるｐ型ＩｎＧａＰ中間層７ａと、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部第２クラッド層６ａの両脇に位置するｎ型ＧａＡｓ電流阻止層９ａと、ｐ型ＩｎＧａＰ中間層７ａとｎ型ＧａＡｓ電流阻止層９ａの上方に形成されるｐ型ＧａＡｓ上部クラッド層１０ａと、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１ａとを有している。
【００３３】
そして、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１ａからｐ型ＧａＡｓ上部クラッド層１０ａ、ｎ型ＧａＡｓ電流阻止層９ａ、ｐ型ＩｎＧａＰエッチングストップ層５ａ、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部第１クラッド層４ａ、多層量子井戸活性層３ａ、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層２ａ及び基板１ａまで貫通する２本の開放溝３０ａがストライプ状リッジ形状をしたｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部第２クラッド層６ａに沿って平行に形成されている。この開放溝３０ａ間の距離は、例えば３０［μｍ］である。
【００３４】
そして２本の開放溝３０ａに挟まれた領域上ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１ａが形成され、に２本の開放溝３０ａに挟まれた領域を除いた領域上にＳｉＯ２等による誘電体絶縁膜２０ａが積層される。また、誘電体絶縁膜２０ａ上と２本の開放溝３０ａに挟まれたｐ型ＧａＡｓコンタクト層１１ａ上にｐ型電極２１ａが、ｎ型ＧａＡｓ基板１ａの下面にはｎ型電極２２ａが形成されている。
【００３５】
そして、半導体レーザ素子２４ａの素子長は９００［μｍ］であり、半導体レーザ素子２４ａの端面反射率がＲｆ＝６０％、Ｒｒ＝６０％となるように反射膜がコーティングされる。ミラー損失αｍは５．７［ｃｍ−１］である。そして、半導体レーザ素子２４ａのｐ型電極２１ａを、ＡｌＮやＳｉＣ、Ｓｉ等の材料からなるヒートシンクにいわゆるジャンクションダウン方式にて半田付けし、５．６［ｍｍφ］のメタルカンパッケージに搭載する。尚、本実施の形態ではメタルカンパッケージに封止された半導体レーザ素子２４とするが、これに限定されるものではない。
【００３６】
上記半導体レーザ素子２４ａを用いた実験の結果、半導体レーザ素子２４ａは最高で１２５℃において１０［ｍＷ］の安定な光出力が得られた。半導体レーザ素子２４単体による寿命試験では、１００℃、５［ｍＷ］という連続動作において、１万時間以上のＭＴＴＦが見積もられた。
【００３７】
図４は、第２の実施の形態の半導体レーザ素子２４ｂの斜視図であり、半導体レーザ素子２４ａと同様に赤色レーザ光を発光する素子である。図４に示すように、半導体レーザ素子２４ｂは、ｎ型ＧａＡｓ基板１ｂと、その上に順次積層されたｎ型ＡｌＧａＩｎＰ下部クラッド層２ｂと、ｉ−ＩｎＧａＰ量子井戸層及びｉ−ＡｌＧａＩｎＰ障壁層からなる多層量子井戸活性層３ｂと、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層４ｂと、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５ｂとが順次積層されており、発光領域となるストライプ状リッジを形成するためにｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部クラッド層４ｂの途中の層までエッチングにより２本の溝３０ｂが形成されている。
【００３８】
そして、発光領域となるリッジ領域内のｐ型ＧａＡｓコンタクト層５ｂの上方を除き、ＳｉＯ２等による誘電体絶縁膜６ｂが形成されている。また、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５ｂ上及び誘電体絶縁膜６ｂ上にｐ型電極７ｂが形成され、ｎ型ＧａＡｓ基板１ｂの下面にはｎ型電極８ｂが形成されている。
【００３９】
半導体レーザ素子２４ｂの素子長は２０００［μｍ］であり、端面反射率がＲｆ＝７０％、Ｒｒ＝９５％となる反射膜がコーティングされている。ミラー損失αｍは１［ｃｍ−１］、発振波長λは６７０［ｎｍ］である。
【００４０】
半導体レーザ素子２４ｂのｐ型電極２１ｂをヒートシンクにいわゆるジャンクションダウン方式にて半田付けし、チップキャリアに搭載する。チップキャリアの材質は熱伝導性の高い銅タングステン（ＣｕＷ）を含む合金を用いた。ＣｕＷはＧａＡｓと熱膨張係数を等しくすることが可能で、実装時における歪みを低減させる効果がある。半導体レーザ２４ｂを用いた実験の結果、１５０℃の高温環境下において１０［ｍＷ］の安定な光出力が得られた。
【００４１】
尚、本発明の半導体レーザ素子は半導体レーザ素子２４ａ及び２４ｂに限定されるものではなく、同様の思想に基づいて作製された半導体レーザ素子であればよい。例えば、半導体レーザ素子２４ａ及び２４ｂにおける電流狭窄方法として（１）ＧａＡｓ電流阻止層９ａを用いた方法、（２）ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ上部第２クラッド層６ｂをストライプ状リッジ形状として狭窄を行った方法、を用いたが、例えば電流阻止層としてＡｌＩｎＰやＡｌＧａＩｎＰを用いてもよい。特にＡｌＩｎＰを用いた場合、動作電流を低減させることができるため、半導体レーザ素子２４からの発熱を抑制でき、半導体レーザ素子２４の性能向上に有効的である。
【００４２】
光ファイバケーブル１６と半導体レーザ素子２４との結合は、例えば、直接半導体レーザ素子２４の出射面を光ファイバケーブル１６に結合するバットカップリングを用いて結合する方法や、半導体レーザ素子２４から出射されたレーザ光を非球面レンズやボールレンズ３０を用いて光束を平行にし、光ファイバケーブル１６の導光路に導く方法等がある。本実施の形態では、図１に示すように、半導体レーザ素子２４と光ファイバケーブル１６の入射端５０との間にボールレンズ３０を配置している。半導体レーザ素子２４から出射したレーザ光は、ボールレンズ３０によって等倍に結像され、結像されたレーザ光は光ファイバケーブル１６の入射端５０に入射される。
【００４３】
次に、半導体レーザ素子２４のミラー損失αｍ、発振波長λと最高発振温度との関係について説明する。半導体レーザ素子２４のミラー損失αｍ［ｃｍ−１］及び発振波長λ［ｎｍ］は、半導体レーザ素子２４の端面反射率Ｒｆ、Ｒｒ及び共振器長Ｌｃによって以下の式の関係をもって決定される。
【００４４】
αｍ＝｛１／（２Ｌｃ）｝・ｌｎ｛１／（Ｒｆ・Ｒｒ）｝    ・・・（１）
また、表１は半導体レーザ素子２４のミラー損失αｍ［ｃｍ−１］及び発振波長λ［ｎｍ］を変化させたときの半導体レーザ素子２４の最高発振温度を示したものである。
【表１】
2006269527.tif 000003
【００４５】
表１より、ミラー損失αｍ＝４．７［ｃｍ−１］及び５．７［ｃｍ−１］のとき、発振波長λが６６０〜７００［ｎｍ］において１２５℃以上の最高発振温度を示している。また、ミラー損失αｍ＝７．７［ｃｍ−１］のとき、発振波長λが６７０〜７００［ｎｍ］において１２５℃以上の最高発振温度を示しており、ミラー損失αｍ＝１０．２［ｃｍ−１］のとき、発振波長λが６８０〜７００［ｎｍ］において１２５℃以上の最高発振温度を示しており、ミラー損失αｍ＝１３．９［ｃｍ−１］のとき、発振波長λが６９０〜７００［ｎｍ］において１２５℃以上の最高発振温度を示しており、ミラー損失αｍ＝１８．３［ｃｍ−１］のとき、発振波長λが７００［ｎｍ］において１２５℃以上の最高発振温度を示している。ミラー損失αｍ＝２５．６［ｃｍ−１］のときは、発振波長λが６６０〜７００［ｎｍ］において１２５℃以上の最高発振温度を示さなかった。このように、ミラー損失αｍと発振波長λが半導体レーザ素子２４の高温動作特性に大きく影響を及ぼしていることが分かる。
【００４６】
図５は、表１に基づいて、ミラー損失αｍ、発振波長λ及び最高発振温度の関係を示したグラフである。図中、最高発振温度が１２５℃以上の場合を○印で、１２５℃未満の場合を×印で示した。図５より、ミラー損失αｍ［ｃｍ−１］と発振波長λ［ｎｍ］が
αｍ＜０．３２×λ−２０５    ・・・（２）
の式を満足するとき、１２５℃〜１５２℃の高温環境下において半導体レーザ素子２４の安定した動作を得ることができる。従って、式（２）を満足するようにミラー損失αｍ［ｃｍ−１］及び発振波長λ［ｎｍ］を設定することにより、１２５℃近辺の高温環境下において安定した動作が可能な半導体レーザ素子２４を実現することができる。
【００４７】
また、多層量子井戸活性層３ａ及び３ｂ（以下、包括的に「多層量子井戸活性層３」と表記する。）の層数に応じて、更に高温動作特性を向上させることができる。具体的には、多層量子井戸活性層３の層数を５層以上８層以下としたとき、半導体レーザ素子２４の最高発振温度が１２５℃以上を示す。図６は、多層量子井戸活性層３の層数と最高発振温度の関係を示したグラフであり、このときに使用した半導体レーザ素子２４の素子長は９００［μｍ］、端面反射率がＲｆ＝６０％、Ｒｒ＝６０％の反射膜をコーティングしたものであり、発振波長λ＝６６０［ｎｍ］のものである。図６より、多層量子井戸活性層３の層数が５層以上８層以下のときに、最高発振温度が１２５℃以上を示していることがわかる。
【００４８】
以上、説明したように、上記式（２）を満足するように半導体レーザ素子２４のミラー損失αｍ［ｃｍ−１］及び発振波長λ［ｎｍ］を設定し、多層量子井戸活性層３の層数を５層以上８層以下とすることによって、１２５℃近辺の高温環境下においても半導体レーザ素子２４の動作を安定させることができる。
【００４９】
（３）受信部
図１に示すように、受信部１４は、受光素子３８と、光信号を電気信号に変換する回路（不図示）と、電気信号出力部（不図示）とを備えている。受光素子３８は、受光面の直径が約１００［μｍ］のＧａＡｓ系ＰＩＮフォトダイオードを用いる。尚、受光素子３８としては、例えばＳｉ系ＰＩＮフォトダイオードであってもよい。更に、受光面直径が約２５０［μｍ］のＭＳＭ（Metal-Semiconductor-Metal）型フォトダイオード等、高速動作が可能で、受光面直径の大きいフォトダイオードであればよい。
【００５０】
光ファイバケーブル１６は、コネクタ（不図示）によって受信部１４の筐体（不図示）に接続されている。光ファイバケーブル１６の出射端５２と受光素子３８との間に非球面レンズ（凸）４０が配置され、３：１の縮小系結合が行われる。光ファイバケーブル１６から出射したレーザ光は非球面レンズ４０で収束され、受光素子３８の受光面に入射される。
【００５１】
尚、光ファイバケーブル１６の出射端５２を直接受光素子３８の受光面に結合するバットカップリングを用いて結合してもよい。また、光ファイバケーブル１６から出射したレーザ光をボールレンズ等を用いて受光素子３８の受光面に入射させてもよい。
【００５２】
受光素子３８としてＭＳＭ型フォトダイオードを用いた場合、非球面レンズ４０の縮小倍率を小さくすることができる。更に、光ファイバケーブル１６のコア径に応じて、等倍結合の低コストな非球面レンズを用いることができる。
【００５３】
以上説明したように、式（２）を満足するミラー損失αｍ［ｃｍ−１］及び発振波長λｍ［ｎｍ］を有する半導体レーザ素子２４を用いて光信号伝送システム１０を構築することにより、１２５℃近辺の高温環境下においても安定な動作を行う光信号伝送システム１０を実現できる。これにより光信号伝送システム１０の高温環境下における動作信頼性を向上させることができ、例えば車載用装置等の高温環境下において高い信頼性を必要な場所に適用することができる。更に、光ファイバケーブル１６として安価なプラスチックファイバを用いるため、光信号伝送システム１０のコストを抑えることができる。
【００５４】
尚、本実施の形態の光信号伝送システム１０は、車載用装置に限らず、高温環境下にて使用される装置に適用可能である。例えば、コンピュータ等の電子機器内、人工衛星のような太陽光が照射されて高温となる機器内、電磁ノイズが多く発生する機器内等で有効である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】光信号伝送システムの概略構成図
【図２】第１の実施の形態の半導体レーザ素子の斜視図
【図３】第１の実施の形態の半導体レーザ素子の断面図
【図４】第２の実施の形態の半導体レーザ素子の斜視図
【図５】ミラー損失、発振波長及び最高発振温度の関係を示したグラフ
【図６】多層量子井戸活性層の層数と最高発振温度の関係を示したグラフ
【符号の説明】
【００５６】
１０    光信号伝送システム
１２    送信部
１４    受信部
１６    光ファイバケーブル
２４    半導体レーザ素子
３０    ボールレンズ
３８    受光素子
４０    非球面レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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